多岛屿、汊道复杂地形海区流场影响的数值模拟研究

复杂地形海区的潮流场特征及工程对其的影响一直是海洋环境研究中比较关注的问题。本文采和正交曲线网格和动边界结合技术，建立了复杂地形海区大范围、局部加密的二维高精度潮流数值模型，研究分析了工程前后宁波大榭岛LPG码头附近复杂海域大范围潮流场特征和局部特殊地形对其的影响，并从动力机制上进行了讨论。结果表明：地形的挑流作用、水流流路分离和多股水流的潮汐动力不均匀等原因，使海区的潮流场结构变得非常复杂，其重要特征是有众多回流区产生。     

起伏层状介质中曲线网格有限差分法与射线法波场模拟对比研究

针对处理起伏地表(或含地下不规则波阻抗界面)条件下发展起来的地震波场数值模拟算法的模拟结果与解析解(大多数情形下无法得到)无法进行对比,且其有效性和正确性难以验证的情况,本文提出了一种可以相互验证波场数值模拟结果与射线追踪数值模拟结果的正确性和有效性的佐证方法,验证了参考射线追踪法.其中,波场数值模拟中采用曲线网格DRP/opt MacCormack有限差分法,射线追踪模拟则采用分区多步三角网格最短路径算法.通过系统对比上述两种方法得到的波场快照、单炮地震记录,以及合成理论地震图的结果显示,本方法相互作证了两种方法所得结果的正确性和有效性.双层和三层起伏层状模型的对比分析结果表明,这种方法不但可以加深理解地震波在复杂介质中的传播规律,同时射线法的引入为清晰识别和标定地震波场数值模拟中各种不同震相提供了一种便捷的途径.      

源区黑潮季节变异及其动力机制的数值研究

应用POM2K模式对中国海黑潮区气候态平均环流进行了数值模拟。采用正交曲线网格, 模式区域为太平洋海盆, 特别的在中国海区域进行加密并较好的拟合了岸线; 垂向分为21层, 并在海表9层以上采用对数网格分布; 采用COADS气候态月平均的风应力, 并将模式的温度结果和MODIS月平均的SST数据进行同化, 然后将模式模拟出的流量、海表高度异常同实测数据和卫星观测数据进行了对比验证, 结果均显示模拟结果可信度较高。接着本文探讨了北赤道流分岔位置季节性的变化对源区黑潮流量的影响, 结果表明, 秋冬季节北赤道流分岔位置较靠北, 源区黑潮流量较大, 而春夏季节北赤道流分岔位置较靠南, 黑潮流量较小。在此基础上, 针对源区黑潮的动力机制进行了数值实验。实验中主要考虑了以下动力因子对源区黑潮季节性变化的影响: (1)风应力; (2)非线性; (3)黑潮的斜压敏感性, 然后通过与控制实验的对比, 讨论了不同的动力因素对吕宋海峡净流量和吕宋海峡上层环流场的影响。     

利用曲线网格有限差分方法研究三维倾斜断层的破裂动力学

利用曲线网格有限差分方法,研究了三维倾斜断层的破裂传播过程.基于断层面生成贴体曲线网格,并通过坐标变换将含曲线网格的物理空间转换到含均匀直角网格的计算空间,实现了有限差分方法对复杂界面的处理.通过模拟地震断层的自相似破裂和自发破裂,并与已有发表的结果对比,发现拟合程度较高,验证了本方法的有效性和精确性.重点研究了不同倾角的倾斜断层破裂,最后展望了今后用本方法对非均匀介质中和任意起伏地表下的任意非平面断层破裂动力学的进一步研究.     

起伏地表下基于改进BISQ模型双相介质中曲线网格有限差分法波场模拟

本文以基于改进BISQ模型的二维双相各向同性介质一阶速度-应力方程为基础,推导出了曲线坐标系下对应的方程,然后采用低频散、低耗散的同位网格MacCormack有限差分法来离散方程,并采用紧致的单边MacCormack差分格式结合牵引力镜像法来施加自由地表边界条件,实现了地震波场数值模拟.曲线网格有限差分法采用贴体网格来描述自由表面,地表的网格线紧贴地形,避免了台阶近似造成的数值散射.数值模拟结果表明,在双相介质起伏自由地表和分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可以清晰展现,曲线网格有限差分法可以精确地解决地震波在含起伏地表的双相各向同性介质中的传播问题.     

实际地形对2010年玉树MS7.1地震动力学破裂过程及地震动特征的影响

基于震源动力学模型,采用曲线网格有限差分法模拟了水平自由地表及实际地形条件下2010年玉树MS7.1地震的震源破裂过程及相应的地面地震动,获取了断层面上的破裂传播过程、最终滑移量分布及峰值地面速度分布,讨论了实际地形对玉树地震破裂过程及相应地震动的影响.基于本文设定的动力学模型,模拟结果显示:断层面上的高应力降是玉树地...     

起伏层状介质中曲线交错网格有限差分弹性波逆时偏移成像

采用曲线网格有限差分法描述复杂起伏地形(或不规则波阻抗界面)时,波场正演中可以避免因阶梯近似导致的虚假散射,进而波场逆时偏移可对起伏地表模型进行准确成像.文中以弹性波逆时偏移理论为基础,求解一阶速度-应力方程,推导出了弹性波正向传播和逆时传播的曲线网格差分格式,使用完全匹配吸收边界压制边界反射,采用互相关成像条件,实现了起伏层状介质中的波场逆时偏移.三层起伏、尖灭模型,以及起伏地表条件下的部分盐丘模型结果表明:曲线网格有限差分法逆时偏移法是一种高效、准确的逆时偏移法.     

改进的特征量方法及其在震源动力学模拟中的应用

基于曲线网格有限差分方法,针对震源动力学模型中的边界条件的问题,本文提出了一种改进的特征量方法,即将牵引力镜像方法和特征量方法相结合,在保守形式的方程中通过镜像操作完成单边导数的计算,然后有约束地调整边界处的速度和应力值,以此保证满足模型中的边界条件.改进的特征量方法可用于处理曲线网格当中一般的边界条件,从而也可用于构建曲线网格有限差分法的分裂节点模型.我们将改进的特征量方法分别用于自由表面和断层面,并分别与前人计算结果进行了比较.计算结果表明,在相同的网格划分的情况下,改进的特征量方法能够得到与其他方法相似的计算结果,但改进方法的异常震荡更小,从而证明了本文提出的改进的特征量方法用于曲线网格有限差分法分裂节点模型的可行性.     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震强地面运动模拟及烈度分布估计

2022年1月8日青海省海北藏族自治州门源回族自治县发生M_S6.9地震。门源地震序列的重定位结果认为门源地区还存在一定的应力积累,未来该地区具有发生强震的可能。本文结合震源区地形数据、三维速度结构,根据门源地震震源破裂过程的初步结果,采用曲线网格有限差分方法模拟了门源地震的波场传播过程,得到烈度分布。结果表明:沿平行断层走向方向的地震动衰减明显小于垂直断层走向方向;门源地震的最大烈度为Ⅷ度,位于震源破裂起始点附近区域,理论烈度与野外调查的地震烈度分布基本一致;受强地面运动方向性效应和起伏地表的影响,地震灾害主要沿发震断层的WNW方向和ESE方向集中分布。      

VTI介质起伏地表地震波场模拟

起伏地表下地震波场模拟有助于解释主动源和被动源地震探测中穿过山脉和盆地的测线所获得的资料.然而传统的有限差分法处理起伏的自由边界比较困难,为了克服这一困难,我们将笛卡尔坐标系的各向异性介质弹性波方程和自由边界条件变换到曲线坐标系中,采用一种稳定的、显式的二阶精度有限差分方法离散(曲线坐标系)VTI介质中的弹性波方程;对...